[发明专利]一种室温铁磁性铼基双钙钛矿氧化物的制备方法

说明书

本发明公开了一种室温铁磁性铼基双钙钛矿氧化物的制备方法，本发明使用CaCO₃或SrCO₃与Re₂O₇混合、研磨、第一次烧结得到前驱体Ca₂ReO_5.5或Sr₂ReO_5.5，再将前驱体与Fe、Fe₂O₃混合，研磨，压片，第二次真空烧结、退火，再次研磨，压片，第三次真空烧结、退火得到成品。本发明所述的制备方法简单、容易实现，Ca₂FeReO₆和Sr₂FeReO₆的居里温度均大于395K，超出了仪器的测量范围，远高于室温。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及几种铼(Re)基室温铁磁半金属双钙钛矿材料的制备方法和磁电性能展示，是自旋电子学器件领域非常有应用前景的核心材料。

背景技术

巨磁阻效应于1988年被发现，广泛应用于硬盘读出磁头、非易失性磁存储器以及测量位移、角度的传感器等。巨磁阻效应是指通过施加磁场，改变电子的自旋取向，从而使材料的电阻率大幅降低，通常比磁性金属和合金材料的磁阻值高10余倍，展现出极佳的应用价值。1988年，德国Gruenberg教授课题组在研究Fe/Cr/Fe三层膜时，发现在磁场的作用下，其阻值下降了1.5％。而后Fert课题组又发现Fe/Cr多层膜在4.2K和2T的磁场下表现出高达50％的负磁阻效率。巨磁阻效应在磁存储器和传感器方向都有着巨大的应用前景，更是在2007年获得了诺贝尔物理学奖。巨磁阻效应的发现促进了电子自旋的应用，也逐渐发展了一个新的研究领域——自旋电子学。引入电子自旋的器件称为自旋电子器件，相比于传统的电子器件，电子自旋器件有功耗低、速度快、非易失性等特点。因此，寻找合适的自旋电子材料成为了研究的热点。而后，人们在寻找高磁阻效应的材料时，在掺杂的锰氧化物中发现了庞磁电阻效应。铁磁、非铁磁纳米薄膜的制备需要复杂的工艺和设备，一般需要采用磁控溅射等手段，而庞磁电阻效应源于掺杂锰氧化物的本征性能，无需制成薄膜，在块体材料中就能表现出巨大的磁阻效应，大大简化了制备工艺。1993年，Helmolt等人在掺杂的锰氧化物La_2/3Ba_1/3MnO中首次发现了负磁阻率高达60％的本征磁阻效应，被称为庞磁电阻效应。这种磁阻效应的物理机制与铁磁、非磁性多层膜完全不同，主要源于磁场导致的金属绝缘体相变。掺杂锰氧化物的磁阻效应一般在居里温度附近达到最大值，但是一般掺杂锰氧化物的居里温度都低于室温，如Nd_0.5Pb_0.5MnO₃的居里温度大约在184K。因此在室温时，大多数掺杂锰氧化物的磁阻效应仍然较小，并且需要较大的外加磁场才能表现出较高的磁阻效应。1998年，Kobayashi等人发现了一种具有室温巨磁阻的双钙钛矿材料，Sr₂FeMoO₆，其磁阻效应源于自旋极化的载流子散射。Sr₂FeMoO₆的居里温度达到了415K，并且在外加一个小磁场时就能产生幅度较大的磁阻变化率，弥补了掺杂锰氧化物的不足之处。同时，Sr₂FeMoO₆具有半金属的能带结构，这种性质非常适合在自旋电子学器件中应用。由此，A₂BB’O₆型双钙钛矿的研究引发了研究者强烈的兴趣，其中A位主要为Ba、Sr、Ca，B位主要为Cr、Mn、Fe等，而B’主要为Mo、Re、W。在A₂BB’O₆型的双钙钛矿中，Re基的双钙钛矿普遍表现出更高的居里温度，不仅保留了Mo基双钙钛矿的低场磁阻、半金属等特性，并且其矫顽力远大于Mo基的双钙钛矿，一般可归属于硬磁类室温铁磁性材料。Ca₂FeReO₆与Sr₂FeReO₆正是两种具备优异性能的Re基双钙钛矿，兼具了上述的多种优点，在自旋电子学器件领域拥有广阔的应用前景。